高坝水力学中紊流数学模型的应用及改进(Ⅱ)

介绍了采用紊流模型和有限体积方法,通过数值模拟解决几类典型的高坝水力学问题:(1)水垫塘三元典型流态模拟、水垫塘水体消能分区;(2)具有未知底边界的冲刷坑水流模拟;(3)洞塞消能、竖井旋流式消能和龙抬头式泄洪洞反弧段的流场模拟;(4)掺气挑坎形成的高紊动掺气水流的流场模拟。这些问题来源于实际工程,成果也已应用于工程设计中。     

三峡工程导截流数值实验室的建立及数值模拟(Ⅱ)

介绍了三峡工程导截流水流特性数值实验室的数值模拟技术及其应用情况.采用水深平均二维数学模型模拟坝址区大范围水域在导截流过程中水深平均的流场演变过程,利用二、三维耦合数学模型的概念,由二维数模成果给定三维模拟所需的初值条件及边界条件,使三维数值计算具有良好的精度和收敛速度.利用导截流数值实验室的实时数值试验,给出导截流过程关键部位的三维流速分布及水位分布,并与实测值吻合良好.这表明导截流水流特性数值实验室所采用的数值模拟技术合理可靠.     

低弗汝德数闸后淹没水跃的数值模拟

通过求解雷诺时均Navier-Stokes方程,对弗汝德数为3.19的淹没水跃进行了数值模拟。应用标准k-ε模型和RNG k-ε模型结合VOF(volume of fluid)自由表面跟踪技术,得到了淹没水跃自由表面位置、纵向速度、紊动能及速度矢量等变化情况。结合实验数据,详细对比研究了两种模型的模拟结果,分析了Fr=3.19淹没水跃的内部流场特性。研究表明RNG k-ε模型能更好的模拟低弗汝德数下淹没水跃的紊流结构,给出了2X/Y124为水跃发展区,并得出水跃产生的旋滚对紊动的产生和耗散起着重要作用。     

面向四大家鱼繁殖需求的水库生态调控模拟研究

分析了长江水系四大家鱼资源繁殖的水文和水动力适宜条件需求,围绕上游控制性水库优化调控过程开展了针对性数学模型研究,提出一种有利于改善四大家鱼产卵环境的水库生态调度过程。所建模型初步量化了面向四大家鱼繁殖需求的动态调度过程,利用上游水库的调蓄功能,采用"先蓄后泄"的调度方式形成人工涨水过程,在不明显影响发电量的前提下,有利于达到刺激四大家鱼进行产卵的目的。     

兼顾下游生态流量的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期联合优化调度研究

金沙江下游为珍稀特有鱼类国家级自然保护区,鱼类自然繁殖生长需要适宜的生态流量。为探究金沙江下游已建成的溪洛渡-向家坝梯级水库蓄水期的适宜生态流量改变度与梯级水库发电量间的关系,采用RVA法量化下游河道适宜生态流量,建立以调度期内发电量最大和下游河道适宜生态流量改变度最小为目标的梯级水库群多目标优化调度模型,并用NSGA-Ⅱ算法(非支配排序遗传算法)对模型进行求解。以典型丰水年、平水年、枯水年溪洛渡的入库流量进行优化调度计算,结果表明:在满足约束条件下,丰水年发电量最大增加0.7%,而对应的适宜生态流量改变度增大20.82%;而以生态为目标时,可通过发电量损耗0.48%来减少28.06%的适宜生态流量改变度。平水年发电量较常规调度相比最大可增加1.28%,此时适宜生态流量改变度增大13.87%;而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减小22.53%,但发电量损耗0.62%。枯水年发电量较常规调度相比最大可增加1.89%,此时适宜生态流量改变度增大4.96%,而以生态为目标时,适宜生态流量改变度减少13.7%,但发电量损耗0.35%。研究成果可为金沙江下游溪洛渡-向家坝梯级水库生态调度方案的制订提供参考。     

跌扩型底流消能漩涡特性的初步研究

多股跌扩型底流消能是一种新型消能方式,消力池内紊流特性复杂。基于RNG κ-ε紊流模型和VOF自由表面追踪法,采用非均匀结构网格技术,建立了三维紊流数学模型,对高低坎多股跌扩型底流消能工进行高精度数值计算。讨论了不同消能方案下游消力池内漩涡分布及变化特性,指出：跌扩型底流消能,水流紊动剧烈,各种漩涡结构交织,下游消力池底板、边墙及跌坎附近随机形成了强度和尺度各异的立轴和横轴漩涡,但漩涡具有一定的游移性和间歇性;消力池底板X=0+0.0~0+40.0范围为立轴漩涡高发区;边墙处漩涡主要分布在高程Z=4.0~16.0 m范围.     

嘉陵江流域水沙变化趋势及其对长江宜昌站的影响

通过对嘉陵江北碚站多年平均径流量和输沙量的统计分析发现嘉陵江年均径流量和输沙量关系变化可分为4个时段，各时段年输沙量有明显递减，通过流域内水利工程建设时期和水土流失治理时间的分析，得出1985年前减沙的主要因素是水利工程的建设，1990年后减沙则主要是水利工程建设和水土流失治理措施共同作用的结果，嘉陵江减沙是引起长江宜昌站1988年输沙量减少1亿t和以后继续减沙的主要原因，嘉陵江减沙趋势及其对长江减沙的影响将在今后较长时期内得以维持。     

三峡永久船闸输水系统水力学问题研究

三峡工程永久船闸的安全运行是确保长江航运畅通的关键所在，经多年研究，在解决了一系列的水力学关键技术问题（如高水头阀门空化、阀门及启闭系统优化、阀门段廊道动水荷载特性及廊道衬砌形式的确定、船闸末级闸首旁侧泄水超长廊道特殊水力学问题及闸室惯性等）后，设计建造了一个既能满足船只快速过闸，又能确保建筑物安全的永久船闸输水系统。通过试运行和初期运行的检验，该输水系统总体满足设计要求，说明该项研究是成功的。     

三峡水库香溪河库湾潮成内波数值模拟

针对三峡水库香溪河库湾水温分层所产生的水生态环境问题,建立了考虑水体表面风应力及热交换的水动力与水温相互耦合3维数学模型,根据实测定解条件,数值模拟证明了香溪河库湾水体具有季节性水温分层特征,水库调峰运行将使河口水体产生"潮汐式"往复运动,并在库湾引发潮成内波;数值模拟给出了潮成内波作用下库湾水温和流速垂向分布随时间的演化,成功捕捉到不同水深处水温波动以及水体上下层运动方向相反的交替流现象。研究成果表明内波对于水体水动力及水温分布具有显著影响,激发和利用内波,可望起到抑制水温层化、改善水体水生态环境的作用。     

基于粗集理论的大坝病因自适应挖掘和提炼技术研究

大坝病变分析诊断是大坝补强加固的前提，是大坝安全管理的重要环节。首次将粗集理论应用于大坝病变自适应分析诊断中，从知识发现的角度，研究了自适应挖掘大坝病变与病因模式的基本原理和算法：应用粗集理论中知识约简方法，完成了从大坝病变诊断决策表中挖掘潜在病因和提炼主要病因的目标，可以程式化地实现对大坝病变成因的确定。将这种方法应用于某混凝土重力坝裂缝成因的诊断，验证了其原理的合理性、算法的可操作性和结论的可靠性。